Всем живым существам, включая все растения, для роста необходим азот. Этого вещества много в земной атмосфере - 78 процентов в элементарной форме N2. Однако в этой форме он не может усваиваться растениями. Это возможно только в виде ионов, в данном случае аммония NH4+ или нитрата NO3-. Только бактерии способны связывать атмосферный азот, поглощая его в растворенном виде из воды, находящейся в почве, и «превращая» его в доступный для растений вид. В большинстве случаев растения поглощают азот корнями из почвы, где живут эти клубеньковые бактерии.
Клубеньковые бактерии: яркий пример симбиоза
В частности, растения из подсемейства бобовых (Faboideae) внутри семейства бобовых (Fabaceae), часто называемые бобовыми, используют свой собственный способ получения азота: они образуют симбиоз с азотфиксирующими бактериями Назовите клубеньковые бактерии (ризобии), обитающие в корневых клубеньках растения. Эти «сборщики азота» находятся в коре кончиков корней.
Выгода, которую растение-хозяин извлекает из этого симбиоза, очевидна: оно снабжается азотом в соответствующей форме (аммоний). Но что из этого получают бактерии? Все очень просто: растение-хозяин создает для них продуктивную среду обитания. Растение-хозяин регулирует количество кислорода для бактерий, потому что фермент, необходимый для фиксации азота, не должен получать его слишком много. В частности, растение связывает избыток азота с помощью железосодержащего белка, называемого леггемоглобином, который также вырабатывается в клубеньках. Между прочим, этот белок работает аналогично гемоглобину в крови человека. Кроме того, клубеньковые бактерии снабжаются другими органическими соединениями в виде углеводов: это беспроигрышная ситуация для обоих партнеров - идеальная форма симбиоза! Важность клубеньковых бактерий оценивается настолько высоко, что в 2015 году Ассоциация общей и прикладной микробиологии (VAAM) назвала их «Микробом года».
Лепидовые растения, такие как люпин, могут колонизировать даже самые неблагоприятные места благодаря клубеньковым бактериям
Как объединяются клубеньковые бактерии и растения?
В бедных азотом почвах будущее растение-хозяин показывает свободноживущим бактериям рода Rhizobium свою заинтересованность в симбиозе. Для этого корень выделяет вещества-мессенджеры. Затем на ранней стадии развития растений ризобии мигрируют в корешки через слизистую оболочку. Затем они проникают в кору корня, благодаря чему растение использует специальные точки стыковки, чтобы «контролировать», какие именно бактерии оно пропускает. По мере размножения бактерий образуется узелок. Однако бактерии не распространяются за пределы узелков, а остаются на месте. По оценкам, это увлекательное сотрудничество между растениями и бактериями возникло около 100 миллионов лет назад, поскольку растения обычно блокируют вторжение бактерий.
В многолетних бобовых растениях, таких как робиния (Robinia) или ракитник (Cytisus), клубеньковые бактерии сохраняются в течение нескольких лет, давая деревьям и кустарникам преимущество в росте на почвах с низким содержанием азота. Поэтому цветки бабочек очень важны в качестве пионеров на дюнах, кучах или сплошных вырубках.
Что означают клубеньковые бактерии?
Горох откормленный - отличный сидерат на конец сезона
Pepiaceae, обладающие особой способностью связывать азот, на протяжении тысячелетий по-разному использовались в сельском хозяйстве и садоводстве. Бобовые, такие как чечевица, горох, фасоль или полевая фасоль, были одними из первых культивируемых растений в каменном веке. Их семена очень питательны из-за богатого содержания белков. Ученые предполагают, что симбиоз с клубеньковыми бактериями связывает от 200 до 300 килограммов атмосферного азота в год с гектара. Урожайность бобовых можно увеличить, если семена «привить» ризобиями или активно вносить их в почву.
Если погибают однолетние бобовые и живущие в симбиозе с ними клубеньковые бактерии, почва обогащается азотом и тем самым улучшается. Это также приносит пользу растениям в этом районе. Это используется для сидератов, особенно на бедных питательными веществами и бесплодных почвах. В органическом земледелии выращивание бобовых заменяет минеральные азотные удобрения. При этом структуру почвы улучшают за счет глубоких корней сидеральных растений, к которым относятся люпин, эспарцет и клевер. Посев обычно происходит осенью.
Кстати, клубеньковые бактерии не могут работать там, где в почву вносят неорганические азотные удобрения, т.е. «искусственные удобрения». Это содержится в легкорастворимых нитратных и аммиачных азотных удобрениях. Таким образом, подкормка искусственными удобрениями подавляет способность растений снабжать себя азотом.